기초지원연, 이온전도도-유연성 등 개선
기계적 강도, 자유변형...전기차, ESS 등 활용
기계적 강도, 자유변형...전기차, ESS 등 활용
기초지원연 제공
한국기초과학지원연구원은 김현우 박사 연구팀이 김영식 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀과 공동으로 고체전해질 기반의 유무기 복합전해질막을 이용해 높은 이온전도성과 기계적 강도, 유연성 등을 개선한 전해질막 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
에너지 밀도가 높은 리튬이온전지는 전기차 등 다양한 분야의 에너지저장장치로 쓰인다. 하지만 유기 액체전해질 기반의 리튬이온전지는 누액과 열에 의한 화학반응으로 화재나 폭발 사고 위험이 있다.
이에 반해 전고체 전지는 에너지 밀도가 높으면서 열적 안정성이 우수한 고체를 전해질로 써 안전성을 확보하고 있어 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 전고체 전지에 활용되는 무기 고체전해질은 황화물계와 산화물계로 크게 나뉜다. 황화물계 고체전해질은 이온 전도성이 가장 좋지만, 수분에 불안정해 대기에 노출되면 유독한 황화수소 가스가 발생하면서 전지 성능이 떨어진다.
산화물계 고체전해질은 대기 안정성이 우수하고, 상온에서 뛰어난 이온 전도도로 상용화에 유망한 소재다. 다만, 고온 열처리 후, 외력이 가해지면 잘 깨지는 성질이 있어 얇은 두께의 전해질막 구현이 쉽지 않다.
연구팀은 고온에서 완전 소멸하는 카본 재질의 '희생 템플레이트'를 적용했다. 이 템플레이트는 모양을 변형할 수 있어 원하는 디자인으로 고체전해질막을 만들 수 있다. 이를 기반으로 폴리에틸렌옥시드(PEO) 계열의 고분자를 첨가해 이온 전도성뿐 아니라 기계적 강도와 유연성을 높여 자유 변형이 가능하면서 얇은 두께의 유무기 복합 전해질막을 개발했다.
이 전해질막은 50회 이상의 굽힙 실험에도 기계적 강도가 뛰어나고, 상용화 수준의 높은 이온전도도를 유지했다. 아울러 다수의 셀들을 직렬로 연결해 쌓아 고전압 적층형 셀로 만들 수 있다고 연구팀은 설명했다.
김현우 기초지원연 박사는 "희생 템플레이트를 이용해 원하는 형태의 고체전해질을 디자인하면서 기존 산화물계 소재와 고분자 소재의 장점을 동시에 갖는 복합전해질막에 대한 원천기술을 확보했다는 데 의미가 있다"며 "앞으로 여러 종류의 고체전해질을 조합하거나, 최적 조건의 복합소재 디자인 개량을 위한 후속 연구를 통해 현재의 성능 한계를 뛰어넘는 전고체 전지를 개발할 계획"이라고 말했다.
이 연구결과는 재료분야 국제 학술지 '재료화학A(지난 7월 21일)'에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
기초지원연 제공
[ 저작권자 ⓒ디지털타임스, 무단 전재 및 재배포 금지 ]
